Precyzyjne pomiary akustyczne i ultradźwiękowe za pomocą LDV
Pomiary akustyczne i ultradźwiękowe z wykorzystaniem innowacyjnej i precyzyjnej techniki pomiarowej
Wibrometry laserowe Dopplera (LDV) są niezbędnymi narzędziami w wymagających zastosowaniach z dziedziny akustyki i ultradźwięków. Umożliwiają wizualizację drgań bezpośrednio u źródła dźwięku: na membranie lub innej poruszającej się powierzchni. Ich bezkontaktowa zasada pomiaru zapewnia wysoką precyzję i liniowość oraz odporność na wpływ warunków otoczenia.
Wibrometry laserowe Optomet sprawdzają się przy projektowaniu systemów głośnikowych, budowie instrumentów muzycznych, opracowywaniu czujników ultradźwiękowych, mikrofonów, telefonów komórkowych i sonotrod ultradźwiękowych, a także w projektowaniu akustycznym produktów konsumenckich, urządzeń AGD oraz komponentów samochodowych i lotniczych, jak również w walidacji modeli MES.
Optymalizacja brzmienia instrumentów muzycznych
Wibrometry laserowe Optomet wspierają producentów instrumentów muzycznych w ich optymalizacji pod względem jakości brzmienia, trwałości i cech konstrukcyjnych.
Badanie strun instrumentów za pomocą konwencjonalnych czujników kontaktowych jest praktycznie niemożliwe, ponieważ trudno je zamocować na strunach. Ponadto dodatkowa masa czujników, takich jak akcelerometry, zakłócałaby dynamiczne zachowanie badanego obiektu. Podobny problem występuje w przypadku korpusów rezonansowych gitar i instrumentów smyczkowych, a także płyt rezonansowych pianin i fortepianów.
Za pomocą wibrometrów laserowych Dopplera Optomet można systematycznie badać amplitudy drgań, częstotliwości rezonansowe, tłumienie oraz wpływ doboru materiałów podczas projektowania instrumentów muzycznych — bez fizycznego kontaktu, a tym samym bez ingerencji we właściwości instrumentu.
Analiza drgań korpusów rezonansowych umożliwia wykrywanie i wizualizację drgań powierzchniowych na korpusie instrumentu. Mody drgań lub ukryte składowe brzmienia można jednoznacznie zidentyfikować i sklasyfikować w widmie częstotliwości. Pozwala to na szczegółową analizę wyjątkowego brzmienia gitar, skrzypiec, fortepianów, perkusji i wielu innych instrumentów.
Dodatkową metodą oceny jakości i charakterystyki brzmienia jest analiza drgań w dziedzinie czasu, umożliwiająca jednoznaczne określenie przebiegu propagacji fal w czasie po całym korpusie rezonansowym.
Interferometryczny pomiar pola akustycznego
Rozchodzenie się fal dźwiękowych w ośrodku (np. w powietrzu) powoduje przestrzenne i czasowe zmiany gęstości. Ponieważ wraz z gęstością ośrodka zmieniają się współczynnik załamania, a tym samym prędkość światła, wywołane przez fale dźwiękowe zmiany gęstości można uwidocznić za pomocą wibrometru laserowego Dopplera. Metoda ta stanowi kluczowy element pomiaru interferometrycznego, zapewniającego precyzyjne i powtarzalne wyniki.
W tym celu wiązka laserowa przechodząca przez mierzone pole akustyczne jest skanowana po nieruchomej białej powierzchni, a odbity sygnał zostaje zarejestrowany. W przeciwieństwie do typowych zastosowań wibrometrii, mierzone interferometrycznie różnice fazowe nie wynikają z ruchu powierzchni odbijającej, lecz ze zmian czasu przebiegu sygnału od wibrometru do reflektora i z powrotem do urządzenia pomiarowego, wywołanych wahaniami gęstości. Wyniki te odgrywają kluczową rolę w analizie pola akustycznego i rekonstrukcji jego trójwymiarowej geometrii.
Przykładem zastosowania jest pomiar pola akustycznego na potrzeby rozwoju przetworników ultradźwiękowych i głośników. Trójwymiarową geometrię pola akustycznego można również odtworzyć metodami tomograficznymi w ramach techniki określanej jako tomografia pola akustycznego.
MES w akustyce: precyzja dzięki symulacji
Metody elementów skończonych (MES) odgrywają w akustyce kluczową rolę w precyzyjnym symulowaniu złożonych pól akustycznych i postaci drgań. Za pomocą MES można szczegółowo analizować i optymalizować częstotliwości rezonansowe oraz postacie drgań.
Wibrometry laserowe Dopplera firmy Optomet doskonale uzupełniają tę metodę, dostarczając dane eksperymentalne umożliwiające walidację symulacji. Takie połączenie pozwala efektywnie projektować komponenty akustyczne, takie jak głośniki czy sonotrody, oraz optymalizować izolację akustyczną w różnych zastosowaniach.
Przykład praktyczny: przetwornik ultradźwiękowy
Przetworniki ultradźwiękowe są często stosowane w badaniach nieniszczących lub jako generatory sygnałów ultradźwiękowych. Ilustracja przedstawia pole akustyczne rozbieżnego przetwornika ultradźwiękowego zmierzone za pomocą skaningowego wibrometru laserowego Optomet.
Spawanie ultradźwiękowe wspomagane analizą drgań
Do łączenia termoplastów i cienkich elementów metalowych wykorzystuje się akustyczne drgania ultradźwiękowe o częstotliwości 20 kHz i wyższej. Prędkości drgań rzędu kilku m/s zapewniają dopływ energii niezbędny do procesu stapiania.
Zakres pomiarowy do 60 m/s oferowany przez jednopunktowe i skanujące wibrometry laserowe Optomet zapewnia szczegółowy wgląd w złożony proces spawania. Urządzenia te umożliwiają użytkownikom szacowanie parametrów symulacji, walidację modeli elementów skończonych oraz precyzyjne dostrajanie konstrukcji sonotrody i kowadła.
48 Bit cyfrowe wyjście sygnałowe pozwala wykrywać nawet najmniejsze drgania, także wtedy, gdy nakładają się na nie drgania o znacznie większej amplitudzie.
Długa żywotność źródła laserowego SWIR, również podczas pracy ciągłej, sprawia, że wibrometry Optomet idealnie nadają się do testów End-of-Line i kontroli jakości, a także do inspekcji piezoceramiki pozyskiwanej od dostawców.
Wysoki poziom sygnału wibrometrów SWIR firmy Optomet eliminuje konieczność modyfikowania powierzchni w celu zwiększenia jej refleksyjności.
Udoskonalanie sonotrod
Oferowane przez Optomet skanujące wibrometry laserowe Dopplera umożliwiają pomiar całej powierzchni sonotrody i wizualizację postaci jej ugięcia. Zwłaszcza na krawędzi sonotrody mogą występować niepożądane mody drgań o wysokiej amplitudzie, które znacząco wpływają na rezultat spawania.
Wibrometria pozwala skutecznie zidentyfikować przyczynę i źródło takich problemów. Walidacja modeli elementów skończonych stanowi solidną podstawę do systematycznego doskonalenia procesu ultradźwiękowego i wykorzystywanych urządzeń.
Pomiar drgań w badaniach, rozwoju i przemyśle – Optomet oferuje rozwiązanie dopasowane do Państwa wymagań.
Kontakt